創紀錄功率的電動推進器讓火星更接近現實

美國太空總署噴射推進實驗室 (JPL) 的團隊與普林斯頓大學和克利夫蘭格倫中心的研究人員合作，成功發射了原型電動推進器，其功率是美國之前測試的任何推進器的 25 倍。磁等離子動力 (MPD) 系統的運作功率達到 120 千瓦，超過了該機構太空船上目前運作的所有電動推進器。這項進展標誌著未來人類火星任務邁出了決定性的一步。

測試於 2026 年 2 月在噴射推進實驗室的可冷凝金屬推進劑 (CoMeT) 真空設施進行，這是一個獨特的國家實驗室，能夠安全地測試使用金屬蒸氣推進劑的系統。原型機使用鋰金屬蒸氣作為推進劑，在進行的五次點火過程中，鎢電極的溫度達到了超過 2,800 攝氏度。

技術超乎預期

MPD 推進器與傳統電氣系統不同，它使用高電流與磁場相互作用並電磁加速鋰等離子體。這種創新方法可產生顯著且持續的推力，而無需像前幾代電動推進器那樣完全依賴太陽能。

噴射推進實驗室的高級研究科學家詹姆斯·波爾克強調了這一結果的重要性。 「我們不僅證明了推進劑的作用，而且還實現了我們的目標功率水平。」收集的數據為研究人員應對擴大生產的挑戰奠定了堅實的基礎。原型的建造和設計花費了兩年的緊張工作。

MPD 技術並不新鮮。研究人員自 20 世紀 60 年代以來一直在研究它，但在美國從未在如此高的功率下進行過操作。該開發的一個關鍵方面是，鋰動力推進劑在這些測試之前“從未投入運行”，這使得這成為航空航天工程的一個真正的里程碑。

與傳統火箭相比，革命性的效率

與傳統化學火箭相比，電動推進器具有顯著的經濟和技術優勢。據 JPL 團隊稱，這些系統比用於逃離地球引力的高功率火箭可減少 90% 的推進劑用量。燃料消耗的大幅減少顯著降低了太空任務的成本。

電力推進的工作原理與化學引擎完全不同。它不是燃燒燃料來立即產生推力，而是收集能量並用它來加速少量的電離推進劑。這種緩慢、連續的氣體排出會產生持續的推力，如果有足夠的時間，其速度將遠高於傳統火箭。 NASA 的 Psyche 太空船配備了功率較小的電動推進器，透過使用較小但恆定的力以超過 200,000 公里每小時的速度行駛，已經證明了這種能力。

研究人員表示，鋰動力 MPD 推進器有潛力在高功率水平下運行，使用推進劑的效率極高，並提供比當今運行的系統大得多的推力。與核動力源結合，這些推進器可以減少太空船的發射質量並維持將人類送上火星所需的有效載荷。

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技術挑戰和後續步驟

團隊發現了一個重要的障礙：MPD 推進器在運作過程中發出的高溫需要能夠承受極端溫度的組件。提供合適的堅固材料將是未來幾年發展的「關鍵挑戰」。

研究人員設定了雄心勃勃的新目標：

• 每支螺旋槳的功率達到 500 千瓦到 1 兆瓦
• 開發可承受2800攝氏度以上溫度的材料
• 確保連續運轉23000小時以上
• 將多個推進器整合到單一航天器中
• 將核能源納入火星任務

載人火星任務需要 2 到 4 兆瓦的能量才能在可行的時間內到達火星。為了滿足這一需求，最終的太空船可以配備多個 MPD 推進器，同時運行超過 23,000 小時，幾乎三年不間斷。

定位為策略重點

美國太空總署局長賈里德·艾薩克曼稱這次測試是歷史性的「第一次」。 「這是美國第一次電力推進系統在如此高的功率水平下運行，」他說。此次測試是該機構太空核推進（SNP）計畫的一部分，該計畫旨在鞏固對未來任務先進技術的探索。

艾薩克曼重申了美國太空總署對將美國太空人送上火星的長期目標的承諾。 「在美國太空總署，我們正在同時致力於許多事情，並且沒有忘記火星。我們將繼續進行戰略投資，以推動下一次大飛躍。」此次試驗的成功證明了這一雄心勃勃的目標取得了「真正的進展」。

NASA 電力推進的歷史可以追溯到黎明號和深空一號任務，詹姆斯·波爾克等研究人員將知識應用於推進系統。這項經驗為開發目前正在測試的鋰動力 MPD 推進器提供了必要的技術基礎。